Los fabricantes de PCB se concentran cada vez más en el diseño de placas de circuitos impresos más pequeñas. Tecnología Moko no se queda fuera; integramos menos componentes de orificio pasante al tiempo que incorporamos más tecnología de montaje superficial (SMTPara orificios pasantes de gran tamaño, asignamos menos espacio en la placa. En lugar de orificios pasantes, utilizamos cada vez más componentes SMT. Todas nuestras PCB están diseñadas para usar vías.
Una vía se refiere a un orificio pasante chapado presente en las PCB, que se utiliza para rastrear una pista desde la capa superficial de la placa hasta el interior y otras capas. Las vías de las PCB pueden chaparse para formar conexiones eléctricas y perforarse mecánicamente.
Si bien las vías son esenciales en las placas PCB multicapa, su diseño y producción son complejos. Estas vías crean rutas para la corriente térmica y el flujo eléctrico entre las diferentes capas de la placa. En esencia, las vías son canales que difieren en tipo y magnitud.
Tipos de PCB vía
Hay 5 tipos de vías de PCB. Son:
1. Vía ciega: una vía ciega es un láser que transita de una sola capa a la siguiente.
2. Vía enterrada: este tipo de vía se encuentra entre capas internas y es necesaria cuando existen proyectos secuenciales o de laminación múltiple.
3. Vía pasante: una vía pasante une las dos capas externas perforando de arriba a abajo.
4. Microvía: la microvía se perfora utilizando un láser en lugar de una perforación mecánica, lo que permite menos de 0.006 pulgadas.
5. Vía en almohadilla: esta vía se ubica dentro de la almohadilla del componente de montaje superficial.
Vía ciega vs. vía enterrada
Las vías enterradas y ciegas se utilizan para conectar diferentes capas de una PCB. La vía enterrada permite la interconexión de las capas internas, ya que la placa queda completamente oculta del entorno exterior de la PCB. A su vez, las vías ciegas permiten la interconexión de capas externas con una o varias capas internas de la PCB. Estas dos vías son beneficiosas en las PCB HDI, ya que su densidad ideal se reduce al aumentar el tamaño o las capas de la placa.
Microvía de PCB
Las microvías se pueden perforar con láser, ya que su diámetro es menor que el de las vías pasantes. Dado que es difícil recubrir con cobre el interior de las microvías, su profundidad es inferior a dos capas. Por lo tanto, cuando el diámetro de una vía es pequeño, la capacidad de penetración del baño de recubrimiento aumenta, creando así un recubrimiento de cobre químico.
Según su ubicación en las capas de la placa, las microvías se clasifican en apiladas o escalonadas.
• Vías apiladas: se pueden crear apilándolas una sobre otra en diferentes capas.
• Vías escalonadas: estas vías se pueden dispersar en varias capas, aunque son costosas.
• Se pueden pasar vías de salto a través de una capa, garantizando que esta no tenga contacto eléctrico. Por lo tanto, una capa de salto no puede formar un enlace eléctrico con una vía.
PCB vía en almohadilla
El método de vía en almohadilla se inventó debido a la alta velocidad de la señal y al grosor y la densidad de los componentes de PCB. Las estructuras de vía estándar y VIPPO permiten mejorar la capacidad de enrutamiento y las características de integridad de una señal.
Los fabricantes trazan la señal de las vías estándar desde la almohadilla hasta la vía para evitar fugas de la capa de soldadura en las vías. Se coloca una vía en la almohadilla de vía en la almohadilla del componente de montaje externo.
Esto se logra rellenando primero la vía con epoxi no conductor, según los requisitos del fabricante de la PCB. A continuación, se rellena la vía y se aplica la capa para liberar espacio. Gracias a esto, la ruta de la señal se expande, eliminando así el efecto de la inductancia y la capacitancia oportunistas.
Más importante aún, la vía en el pad reduce el tamaño de la placa PCB y aloja el tamaño de una pequeña conexión a tierra. Este método es más adecuado para componentes de un BGA Huella. Es fundamental implementar el proceso de retroperforación con una vía en pad para obtener excelentes resultados. Los ecos de señal presentes en las partes restantes de una vía se eliminan mediante retroperforación.
Componentes de una PCB a través de
a) Barril- Es un tubo conductor que se utiliza para rellenar el hueco infiltrado.
b) Almohadilla- Conecta todos los extremos del cañón a sus trazos.
c) Antipad: Es un orificio de separación que se utiliza para separar la capa no conectiva y el cañón.
Usos comunes de las vías en el diseño de PCB
Enrutamiento de señales: Muchas placas PCB utilizan vías pasantes para el enrutamiento de señales. Sin embargo, las placas más gruesas utilizan vías enterradas o ciegas, mientras que las placas ligeras solo utilizan microvías.
• Enrutamiento de energía: las vías en la mayoría de las placas PCB están restringidas al uso de vías de orificios pasantes anchos para el enrutamiento de redes de energía y tierra, aunque también se pueden usar vías ciegas.
• Enrutamiento de escape: Los componentes de montaje superficial (SMT) de mayor tamaño utilizan principalmente vías pasantes para el enrutamiento de escape. Las microvías o vías ciegas son las más comunes, pero también se puede usar una vía en almohadilla en encapsulados sólidos, como los BGA con un alto número de pines.
• Costura: Se pueden utilizar vías pasantes o ciegas para ofrecer numerosas conexiones a un plano. Por ejemplo, una tira de metal con vías cosidas rodea el área sensible del circuito para conectarla a una placa de tierra y protegerla contra interferencias electromagnéticas.
Conducción térmica: Las vías se pueden utilizar para la conducción térmica desde un componente hacia el exterior a través de su capa plana interior conectada. Normalmente, las vías térmicas requieren una vía ciega densa o una vía pasante, que deben estar en las almohadillas de estos dispositivos.
Importancia de las vías al diseñar una PCB
En una placa de circuito simple, las vías no son necesarias. Sin embargo, solo se requieren en placas multicapa. Al diseñar placas PCB, las vías son esenciales, ya que:
• Le ayuda a crear una densidad excepcional de componentes en placas multicapa.
• Aumentar la densidad de pistas en placas multicapa, ya que pueden instalarse una encima de la otra en varias direcciones. Las vías permiten la conexión de diferentes pistas, actuando así como factores de conexión vertical.
• Cuando una vía no está integrada con el proceso de enrutamiento de una PCB multicapa, Los componentes terminan colocándose de forma compacta.
• Facilitar la transmisión de potencia y señal entre las capas. Los componentes de la PCB deben enrutarse en un solo plano siempre que no se desee utilizar una vía. Más importante aún, los componentes montados en superficie en una PCB multicapa dificultan el enrutamiento de las piezas en un solo plano.
Consejos de diseño de PCB para vías
Al utilizar vías en una PCB, es esencial tener en cuenta los siguientes consejos:
• Al diseñar PCB, es necesario emplear el máximo número de estructuras de vías.
• Al apilar entre vías escalonadas y apiladas, considere escalonar las vías ya que las vías apiladas deben llenarse.
• Reduzca la relación de aspecto al máximo para lograr una eficiencia de señal y un rendimiento eléctrico excepcionales. Además, minimice la interferencia electromagnética (EMI), el ruido y la diafonía.
Es aconsejable utilizar vías más pequeñas ya que:
• Le permite construir una placa HDI de calidad al reducir la inductancia y la capacitancia de una señal parásita.
• Llene los via-in-pads cada vez, excepto cuando estén dentro de las almohadillas térmicas.
Recuerde siempre que la matriz de almohadillas donde se fija el BGA puede contener vías ciegas o pasantes. Por ello, asegúrese de que las vías estén planas y rellenas para evitar que las uniones de soldadura se vean afectadas.
• Al diseñar PCB, es esencial saber que las vías ayudan a asegurar las uniones de soldadura de la barra y evitan el bloqueo térmico del conjunto, lo que dificulta la formación de excelentes uniones de soldadura dentro de las uniones QFN.
Al trabajar con almohadillas térmicas, utilice un taller de ensamblaje en lugar de un orificio pasante. Esto solo se logra introduciendo aberturas con diseño de ventana dentro de la plantilla de la capa de soldadura, sobre la almohadilla. Esto elimina el efecto de desgasificación y fusión de la soldadura durante el proceso de diseño.
• Utilice la ubicación del paquete BGA para buscar siempre un espacio libre y la menor cantidad de rastros en los componentes enrutados.
• Llene siempre el conjunto de su vía-en-pad.
• Utilice una traza corta predeterminada para separar una vía de su almohadilla al ensamblar un hueso de perro.
• Una documentación de PCB requiere una plantilla de perforación que tenga puntos XY para cada orificio y código de característica.
Vía tratamiento
Los fabricantes de PCB añaden un tratamiento adicional a las vías para aumentar su rendimiento térmico. Estos tratamientos adicionales también ayudan a eliminar diversos problemas de ensamblaje, como el relleno, el recubrimiento, la obstrucción y el relleno conductivo. Un tratamiento adecuado de las vías es esencial, ya que ayuda a eliminar costosas tareas de resolución de problemas.
A) Recubrimiento. Es un proceso típico que utilizan los fabricantes para secar máscaras de soldadura de película. La película seca tiene un espesor de 4 mm, suficiente para cubrir eficazmente incluso agujeros grandes.
B) Relleno: Los fabricantes utilizan pasta epoxi no conductora para rellenar vías regulares o invadidas. Estas vías rellenas tienen unos pocos milímetros que impiden que la máscara de soldadura llegue a la almohadilla. Es una técnica excelente para usar en PCB de densidad media, ya que la máscara de soldadura minimiza la posibilidad de puentes de soldadura entre la almohadilla y la vía.
C) Taponamiento: Este tratamiento consiste en taponar los extremos de la vía con una pasta epoxi no conductora para evitar la absorción o el flujo de soldadura durante el proceso de soldadura. Para que el epoxi perfore el orificio eficazmente, el diámetro de la vía debe ser inferior a 20 mm. Los fabricantes utilizan una máscara de soldadura para cubrir la vía taponada.
D) Relleno conductivo: Los fabricantes de PCB utilizan cobre puro o resina epoxi con cobre para rellenar las microvías con una pasta conductora, lo que mejora la conductividad de la PCB. La técnica de relleno conductivo se puede utilizar para todo tipo de vías.
Relleno de vía conductor vs. no conductor
Los fabricantes de PCB utilizan un método de fabricación único llamado relleno de vías para sellar completamente los orificios pasantes con epoxi. Algunas de las principales ventajas del relleno de vías son:
• Aumenta el rendimiento del ensamblaje.
• Hace que los montajes superficiales sean más confiables.
• Mejora la consistencia al minimizar las posibilidades de que queden aire o líquidos atascados.
El relleno de vía no conductor conduce la energía y el calor mediante vías revestidas de cobre. Para rellenar la vía, se utiliza un epoxi especial de baja contracción. Por otro lado, el relleno de vía conductor proporciona conductividad eléctrica y térmica adicional gracias a partículas de plata o cobre dispersas por toda la superficie del epoxi.
La conductividad térmica de un relleno no conductor es de 0.25 W/mK, mientras que la de un relleno conductor oscila entre 3.5 y 15 W/mK. En cambio, la conductividad térmica del cobre galvanizado supera los 250 W/mK.
Aunque un relleno de vía conductor suele proporcionar la conductividad necesaria en algunas aplicaciones, aún es posible añadir vías adicionales con pasta no conductora. Su excelente conductividad térmica y eléctrica ofrece un menor impacto en los costos.
Diferencia entre el tipo de vía y el diámetro de la vía
La diferencia en el diámetro de la vía en los diferentes tipos de vías se analiza en la tabla a continuación. También se describe claramente la almohadilla de la vía, el diámetro mínimo de la vía y el anillo anular de una vía exacta. Diseño de PCB Diseño con una vía según su aplicación. Además, la tabla muestra detalles de las diferentes dimensiones esenciales para la implementación en la PCB. También se menciona la relación de aspecto de cada tipo de vía.
Factores a tener en cuenta para elegir la vía correcta
Es fundamental elegir la vía adecuada para cualquier proyecto de PCB, comprendiendo el diseño de fabricación. Tenga siempre en cuenta los siguientes factores al planificar cualquier proyecto de PCB.
1) Tipo de vía: Determine el tipo de vía más adecuado para su proyecto. Si solo se dispone de una laminación sin relleno ni tecnología de vía, es posible que haya agujeros grandes.
2) Tamaño de la vía: 10 mm es el tamaño estándar de la vía de la PCB o 7 mm después del recubrimiento de la vía de la PCB. El grosor de la placa determina el tamaño de la vía. Tanto las microvías perforadas mecánicamente como las perforadas con láser tienen orificios de 4 mm.
3) Tolerancia de vía: es esencial indicar la tolerancia del tamaño del orificio de la vía, aunque la mayoría de los proveedores de PCB proporcionan todas las pautas internas.
4) Apoye la tecnología más adecuada: cuando necesite vías enterradas o ciegas, solicite siempre a los proveedores de PCB que creen una combinación que admita ese tipo de tecnología.
5) Directrices de IPC: Es fundamental seguir estrictamente las directrices de IPC para la tecnología relacionada, como la distancia entre las vías indicada por el fabricante de la PCB. Dado que las directrices de ensamblaje de IPC para aplicaciones militares, Clase 2, Clase 3 y Clase 3DS difieren ligeramente, es fundamental tenerlas en cuenta.
6) Anillo anular: Dado que el tamaño de la almohadilla de la vía es muy importante, es crucial asegurar que la vía tenga un anillo anular lo suficientemente grande después de la perforación. Dado que las brocas mecánicas se desvían ligeramente al perforar, la broca de arranque puede comprometer la vía si no hay suficiente anillo anular.
